如今的飛機都裝有傳感器，提供情景信息和故障保護。制造商必須應(yīng)付人們對于物物相連的需求，同時還要滿足一些基本要求，例如：飛機重要部件的重量和耐久性。確保飛行過程中的可靠連接，為信號完整性和EMI 保護方面帶來了一系列的挑戰(zhàn)。

互聯(lián)飛行的發(fā)展方向是什么?

如果您乘坐飛機時不將手機切換到“飛行模式”會發(fā)生什么?在 2013 年美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)委托開展一項可能改變飛行中小型設(shè)備使用規(guī)則的研究期間，波音工程師 Kenny Kirchoff 告訴 CNN 說，這樣有可能會分散飛行員的注意力。筆記本電腦、手機等發(fā)射信號的電子產(chǎn)品可能會導致 VFR 產(chǎn)生額外的噪音，使飛行員難以弄清當前的狀況。它不一定會讓飛機失靈，但它會讓飛行員工作起來更加困難。

對于許多旅客來說，關(guān)閉電子設(shè)備的警告是他們在飛機上處理電子設(shè)備的最常見情況。而對于工程師來說，此事則關(guān)系比較重大。美國聯(lián)邦航空管理局的《2016 年國家航空研究計劃》將“為互聯(lián)機場和物聯(lián)網(wǎng)做好準備”視為 2017 年的安全里程碑之一。這也是該里程碑首次被納入 FAA 的路線圖。

跑道

2016 年，美國國家航空航天局(NASA)開始在 SOAREX-9 上測試無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)，此次亞軌道任務(wù)旨在測試從國際空間站到地球的有效載荷的大氣再入技術(shù)。他們

的 WSN 基于 TI CC2538 片上系統(tǒng)構(gòu)建， 并采用 3D 打印座封裝。它利用 RF 作為未許可的美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)規(guī)程第 15 部分的設(shè)備運行，并在艾姆斯研究中心的電子評估實驗室接受了測試。

商業(yè)領(lǐng)域的互聯(lián)飛機可以使用源于 NASA 的技術(shù)，但也存在一些自身的問題。

目前有些功能已屬現(xiàn)成，而有功能尚處于快速開發(fā)或測試階段。航空電子系統(tǒng)互連解決方案包括輸入/輸出連接器、微型與超微型連接器、繼電器與電路保護(包括電源控制組件)，以及電線和電纜。有源和無源光纖組件可用于提高信號的完整性，就像高級 EMI 保護一樣。飛機數(shù)據(jù)可以通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。

物聯(lián)網(wǎng)成功部署于航空航天領(lǐng)域*

• 能夠?qū)崟r支持關(guān)鍵系統(tǒng)

• 支持必要的冗余水平

• 至少兩套冗余系統(tǒng)用于駕駛飛機

• 一套冗余用于完成機器人任務(wù)

• 傳感器可以監(jiān)控車輛子系統(tǒng)

• 順暢互動：

• 基地的任務(wù)控制人員

• 飛機上的機組人員

• 能夠收集和報告任務(wù)數(shù)據(jù)

• “面向未來”，為以下功能做好準備：

• 自主

• 感知

• 自我修復

* “2016 年航空航天物聯(lián)網(wǎng)介紹”，作者 Rick Alena，NASA 艾姆斯研究中心發(fā)布。

起飛

將整個飛機上的這些網(wǎng)絡(luò)連接起來還需要輕質(zhì)、耐用、靈活的材料以符合有關(guān)標準。TE Connectivity(TE)提供的尺寸、重量和功率(SWaP)節(jié)省工具多種多樣，包括：模塊化連接器、光纖連接器、電線電纜、CANbus 與以太網(wǎng)互連網(wǎng)絡(luò)工具，以及航空電子設(shè)備、機艙系統(tǒng)和機載娛樂系統(tǒng)的信號與電力傳輸產(chǎn)品?？梢詫︼w機的有線和無線系統(tǒng)進行某種類型的改造，從而實現(xiàn)其互聯(lián)。

客艙內(nèi)部的布線可以進行修改，以減小尺寸、重量和功耗。TE 將高速銅纜和光纖鏈路應(yīng)用于機載娛樂分發(fā)與控制系統(tǒng)，并用之于自動化廚房系統(tǒng)的通信。光纖速度高而重量輕，同時互連接頭的尺寸減小，非常適用于較小的空間。

航空電子設(shè)備也可以采取相同的處理方式，其中 ARINC 836 標準化 MiniMRP 封裝可以將尺寸減少 40%。這反過來又有助于提高設(shè)計的靈活性，因為智能控制比較靠近端點。

新型復合材料有助于減小尺寸和重量。一些供應(yīng)商在分子層面對熱塑性塑料進行修改，使其進一步輕量化。下一步發(fā)展方向可能是碳納米管復合材料，它用較輕的材質(zhì)取代傳統(tǒng)的銅線。

TE 工程副總裁兼首席技術(shù)官 Thierry Marin-Martinod 表示：“在材料中添加某些分子可以改變介電常數(shù)，或者添加金屬粉末可以提高導電性。這樣有助于改善產(chǎn)品的熱交換或電磁性能。我們還可以添加空心珠，以減輕材料的重量......總之，我們幾乎可以對基本材料做任何事情，只要客戶需要。”

在制造商同時也生產(chǎn)原材料的情況下，由于他能夠在模制過程中集成各項功能，因此可以進一步減輕產(chǎn)品的重量。例如，電子元件的外殼可以包含附加的固定裝置，或者直接模制于飛機的連接器上。這種做法還可以提高質(zhì)量并縮短安裝時間。

在更為廣泛的背景下觀察商用客機，還可以看到機載互聯(lián)系統(tǒng)的實施。機場致力于改善通信和安全，而美國的《新一代航空運輸系統(tǒng)》(NextGen)和歐洲的《單一歐洲天空空中交通管理研究》(SESAR)等現(xiàn)代化項目則試圖提高航空效率。這一點可以通過廣域信息管理(SWIM)來實現(xiàn)，它是一項國際標準化的空域控制服務(wù)。其標準包括一個開放式的架構(gòu)框架，飛機可通過該框架報告天氣情況并安排起飛和著陸。理想情況下，這樣可以使起飛和著陸的時間更加有條理，從而減少飛機在跑道上白白燃燒燃料的時間(并減少乘客在機艙內(nèi)坐等起飛的時間)。

廣域信息管理 SWIM

SWIM 可以收集和組織 FAA 數(shù)據(jù)，并根據(jù)飛行員或空中交通管制人員的需求通過單一界面顯示各種類型的數(shù)據(jù)。1997 年 Eurocontrol向 FAA 提出 SWIM，2005 年國際民用航空組織(ICAO)全球空中交通管理(ATM)運行概念項目正式采用 SWIM。它的目的在于“用戶每次想要訪問他們所需的數(shù)據(jù)時不必進行點對點連接”(FAA)——這正是物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建的基石。

旅程

隨著 FAA 新項目和其他數(shù)據(jù)來源的出現(xiàn)，SWIM 不斷擴展。FAA 的 SWIM 頁面(2017 年 6 月訪問)列示的一個五年計劃指出，該項目將繼續(xù)擴展，以實現(xiàn)國際空中交通管理數(shù)據(jù)交換，并采用現(xiàn)代數(shù)據(jù)標準。

互聯(lián)系統(tǒng)也可用于航空業(yè)的其他領(lǐng)域。航空公司常常通過制造商租賃發(fā)動機，而不是直接擁有發(fā)動機。互聯(lián)的發(fā)動機可以受到更為密切的監(jiān)控。Rolls-Royce、GE、Pratt&Whitney 等公司都在使用這種方法，將數(shù)據(jù)存儲于自己的中心。這也意味著制造發(fā)動機的公司壟斷了發(fā)動機的維修，因為他們擁有故障診斷所需的大部分數(shù)據(jù)。

在許多情況下，預測性維護已經(jīng)應(yīng)用于噴氣式發(fā)動機。根據(jù)工業(yè) 4.0(也稱為第四次工業(yè)革命)的理念，預測性維護軟件會提醒母公司的機隊操作員、工程師和科學家更換零件。理想情況下，這樣可以防止問題的發(fā)生。

...... 目的在于

“用戶每次想要訪問他們所需的數(shù)據(jù)時不必進行點對點連接”(FAA)——這正是物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建的基石。

4 | 目前的互聯(lián)飛機系統(tǒng)

監(jiān)控硬件的生命周期不僅需要軟件，而且還需要內(nèi)置于引擎的傳感器，以及樞紐處的數(shù)據(jù)中心管理功能，以便對信息進行消化和監(jiān)控。

預測性維護還包括針對特定情況的比較數(shù)據(jù)、機器學習和實時分析。除了在問題發(fā)生之前發(fā)現(xiàn)問題之外，機器學習還有助于了解在某些情況下是否應(yīng)該推遲維護以減少不必要的工作。機器學習解決方案可以包括機器本身內(nèi)的硬件組件，但數(shù)據(jù)通常托管于云服務(wù)提供商(如 IBM)擁有的數(shù)據(jù)中心。

飛得更遠

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和互聯(lián)設(shè)備也可用于飛機工業(yè)，以確保在惡劣的環(huán)境中良好地管理設(shè)備。傳感器在飛行過程中暴露于極端的溫度和振動，但供應(yīng)商經(jīng)驗豐富，足以將自己的設(shè)備隔離于飛機發(fā)動機本身的湍流和環(huán)境。使用壽命也須加以考慮，因為某些傳感器可能需要工作 30 年以上。

智能管理在推進和配電領(lǐng)域也有著重要的作用。必須在嚴格的磁、熱、機械和電氣參數(shù)范圍內(nèi)開發(fā)高功率的高壓互連器。這些部件的高

可靠性對于飛行安全極端重要。

安全著陸

可調(diào)水平穩(wěn)定器執(zhí)行機構(gòu)(THSA)一個是特別值得注意的例子，它是飛機上最復雜的執(zhí)行機構(gòu)之一。出于安全原因，THSA 配備了一個輔助負載通道，可在主要負載路徑發(fā)生故障時啟動，以確保飛機仍然可以保持水平方向。TE 的解決方案是替換掉將 THSA 緊固于機體結(jié)構(gòu)的螺栓，而代之以傳感器，這樣不會增加額外的重量。傳感器有助于確保飛行控制計算機和飛行員即時了解系統(tǒng)功能受限的情況。一旦地面上的維護人員到達飛機，就可以立即啟動預測性維護。

那么，F(xiàn)AA 關(guān)于乘客互聯(lián)設(shè)備的政策有什么變化呢?2017 年，飛機上手機著火的新聞要多于信號干擾方面的新聞。自 2013 年宣布小型設(shè)備可以在飛行過程中使用以來，越來越多的航空公司致力于充分利用飛機上的 Wi-Fi。通過互聯(lián)設(shè)備的安全隔離，機組人員完全可以專注于自己的飛行任務(wù)。隨著飛機工業(yè)不斷向前發(fā)展，制造商可以期待在天空中看到更多的“智能”設(shè)備。